[PDF] Sujet BAC 2015 - Physique Chimie - STL Biotechnologies

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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE

Session 2015 -

S ciences et Technologies de Laboratoire spécialité Biotechnologies

Épreuve de PHYSIQUE-CHIMIE

EPREUVE DU MERCREDI 24 JUIN 2015

Durée de l'épreuve : 3 heures

Coefficient : 4

Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu"il est complet. Ce sujet comporte 12 pages numérotées de 1/12 à 12/12. Les documents réponses, page 12/12 sont à rendre avec la copie.

L'usage d'une calculatrice est autorisé.

Il est rappelé aux candidats que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des explications entreront dans l'appréciation des copies.

Toute réponse devra être justifiée

en partenariat avec epicureweb.fr1

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Investigation policière

Dans leurs enquêtes (cambriolage, accident, ...), les gendarmes et policiers font souvent appel aux techniciens de la police scientifique pour le relevé et l'analyse des empreintes, marques et indices présents sur les lieux. La qualité de leur travail est primordiale. Ils contribuent ainsi à la recherche et l'identification d'auteurs d'infractions de toutes natures. Voici une affaire sur laquelle travaille une équipe d'enquêteurs. Un accident vient d'avoir lieu. Le conducteur a, semble-t-il, perdu le contrôle du véhicule qui a terminé sa course contre un mur. Une équipe de techniciens de la police a été

envoyée sur les lieux. Différents indices et pièces à conviction ont été relevés. De plus,

dans le coffre une mallette contenant des ossements intrigue tout particulièrement les enquêteurs... Dans cette affaire, vous endosserez le rôle d'un des techniciens de la police scientifique. Les enquêteurs vont vous confier quatre missions afin de les aider à avancer dans leur travail d'investigation : - Partie A : détermination de la vitesse du véhicule juste avant l'accident - Partie B : détermination de l'heure de l'accident - Partie C : détermination du taux d'alcoolémie - Partie D : datation des ossements contenus dans la mallette Chaque partie est introduite par des éléments du procès-verbal dressé par les enquêteurs. Le sujet comporte quatre parties A, B, C et D qui sont indépendantes entre elles. Vous respecterez l a numérotation des questions et vous rendrez les documents réponse (page 12) avec votre copie. en partenariat avec epicureweb.fr2

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Partie A : détermination de la vitesse du véhicule

Procès

-verbal des enquêteurs : est produit sur une portion de route départementale goudronnée dont la mouillée. Le conducteur a freiné (traces sur 28 e mur en face. La masse du véhicule (conducteur compris) est de 1,00.10 3 kg. Intensité de pesanteur : vous prendrez g = 10 N.kg -1 cinétique du véhicule au Une vitesse excessive du véhicule peut-elle être à l'origine de l'accident ?

A.1 Étude préalable

A.1.1 Exploiter le document A1 afin de compléter le document réponse DR1 en indiquant les types d'énergie mis en jeu.

A.1.2 L'énergie cinétique E

C (en J) du véhicule est liée à sa masse m (en kg) et sa vitesse v (en m.s -1 ). En vous appuyant sur les courbes du document A2, faire un choix justifié de la relation qui convient parmi les trois proposées ci-dessous : vmE C ..21 2 ..21mvE C 2 ..21vmE C

A.2 Choc contre le mur

A.2.1 Montrer que la vitesse v du véhicule au moment de l'impact contre le mur était d'environ 13,4 m.s -1 A.2.2 Vous décidez de comparer cette énergie à celle d'une chute du haut d'un immeuble. a- Rappeler l'expression de l'énergie potentielle de pesanteur E PP (en J) d'un corps en fonction de sa masse m (en kg) et de la hauteur h (en m) à laquelle il est placé par rapport au sol. On prend le sol comme référence des énergies potentielles. b- Montrer que tout se passe comme si la voiture chutait du 3

ème

étage (on prendra une hauteur de 3

mètres par étage) en partenariat avec epicureweb.fr3

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A.3 Phase de freinage (en vous aidant du document A3) A.3.1 D"après l"étendue des traces de freinage relevées sur la chaussée, calculer la vitesse initiale v i du véhicule (on rappelle que la vitesse du véhicule, juste avant l"impact, était de 13,4 m.s -1 A.3.2 Le conducteur était-il en excès de vitesse ? Justifier la réponse. A.3.3 Dans le but d"apporter un maximum d"informations aux enquêteurs, vous décidez de compléter leur demande en considérant la phase de réaction du conducteur. Calculer la distance de réaction DR parcouru par le véhicule pendant le temps de réaction du conducteur estimé à une seconde. A.3.4 En déduire à quelle distance D du mur le conducteur a vu l"obstacle. en partenariat avec epicureweb.fr4

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ANNEXE A : Détermination de la vitesse du véhicule

A1 - Énergie, freinage et choc

La vitesse joue un rôle très important lors d"un accident. Tout d"abord, le véhicule parcourt une certaine distance entre le moment où le conducteur voit le danger et le moment où il appuie sur la pédale de frein ; on parle alors de distance de réaction D R Lors d'un freinage, les plaquettes de freins et les pneus sur la route absorbent l"énergie cinétique du véhicule. La température des disques de frein peut atteindre 250°C. Lors d'un choc avec un autre véhicule ou un mur, la vitesse s"annule quasi-instantanément.

Toute l'énergie cinétique accumulée sert à déformer la voiture (énergie de déformation). Plus la

vitesse est grande, plus l'énergie cinétique est grande et plus les déformations seront importantes et les conséquences graves pour les passagers.

Déformation des structures avant, port de la ceinture de sécurité, airbag, permettent de limiter

les conséquences des accidents frontaux, à condition que la vitesse, lors de l"impact, ne soit pas excessive. A2 - Évolution de l"énergie cinétique avec la masse et la vitesse

A3 - Phase de freinage

La distance de freinage D

F dépend d"un grand nombre de facteurs comme la vitesse du véhicule, l"état des pneumatique s et le coefficient d"adhérence sur la chaussée. Ce dernier varie selon le type de revêtement et l"état de la chaussée. On admettra que cette distance peut être évaluée à l"aide de la relation suivante :

µgvvD

Fi F ..2 22
D F : distance de freinage (en m) v i : vitesse initiale (début de freinage en m.s -1 v F : vitesse finale (fin du freinage, juste avant l"impact en m.s -1 g : accélération de pesanteur (10 N.kg -1

µ : coefficient d"adhérence (sans unité)

Chaussée État Coefficient

d"adhérence

Goudronnée

Sèche 0,8

Mouillée 0,4

Pavée

Sèche 0,6

Mouillée 0,3

Enneigée 0,2

Verglacée 0,1

Évolution de l"énergie cinétique

en fonction de la masse pour une vitesse de 50 km.h -1

Évolution de l"énergie cinétique

en fonction de la vitesse pour une masse de 1,00.10 3 kg E c (en 10 4 J) en partenariat avec epicureweb.fr5

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Partie B : détermination de l"heure de l"accident

Procès

-verbal des enquêteurs : a été enregistré à 23h00. Les pompiers ont mis 15 minutes pour intervenir. ils se sont éteints mpiers.

À -il produit ?

Deux indices possibles sont exploités pour : une fuite de liquide sur le véhicule et la décharge de la batterie. B.1. Décharge de la batterie (en vous aidant du document B1) B.1.1 Justifier que la tension de la batterie vaut 12,6 V.

B.1.2 Calculer l"intensité du courant total fourni par la batterie et la durée nécessaire à sa

décharge complète (on supposera constante l"intensité du courant et la tension pendant la décharge). B.1.3 Évaluer l"heure de l"accident et montrer que les secours n"ont pas été appelés immédiatement. B.2. Fuite de liquide (en vous aidant des documents B2 et B3) Le fluide écoulé semble provenir du liquide de lave glace ou du liquide de refroidissement. L"objectif de cette partie est d"identifier ce fluide. B.2.1 Les deux fluides possibles sont-ils acide ou basique ? Justifier. B.2.2 Pour identifier ce liquide, vous essayez deux méthodes : - introduction de l"eau dans les échantillons afin de déterminer si le fluide a une densité supérieure ou inférieure à 1 ; - détermination du pH à l"aide d"un indicateur coloré : on obtient un pH > 10. a) Quelle méthode vous semble la plus adaptée et préciser pourquoi b) Dans la seconde méthode - méthode du pH - quel indicateur coloré parmi ceux proposés dans le document B3, convient-il de choisir ? c) Identifier le liquide en cause.

B.2.3 Le réservoir du fluide étant identifié, les enquêteurs ont repéré vers 00h05 une fuite

par un orifice de section 2 mm². Pour vous aider à proposer une estimation du temps mis pour répandre 3 litres de ce fluide sur la chaussée, la vitesse d"écoulement du liquide est considérée comme constante et vaut 0,20 m.s -1 a. Montrer que le débit volumique vaut 4,0.10 -7 m 3 .s -1 b. En déduire la durée d"écoulement pour 3 litres répandus et l"estimation de l"heure de l"accident. en partenariat avec epicureweb.fr6

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Batterie

Ͳ 6 éléments de 2,1 V en série

Ͳ Capacité 40A.h

Autoradio :

Puissance consommée 100W

Phares :

Puissance consommée totale : 152W

ANNEXE B : détermination de l"heure de l"accident B1 - Caractéristiques électriques du véhicule

B2 - Étiquettes des fluides

B3 - Indicateur colorés : dhttp://www.proftnj.com/ch-indic.htm pH

Les indicateurs colorés

phénolphtaléine méthylorange bleu de bromothymol

Violet de cristal

1 incolore vert

2 incolore rouge jaune violet

3 incolore rouge jaune violet

4 incolore orange jaune violet

5 incolore jaune jaune violet

6 incolore jaune jaune violet

7 incolore jaune vert violet

8 incolore jaune bleu violet

9,18 fuchsia clair jaune bleu violet

10 fuchsia jaune bleu violet

11 fuchsia jaune bleu violet

12 fuchsia jaune bleu violet

Lave glace

Composition : Méthanol 40%, eau

Liquide

Densité : 0,98

Solubilité dans l"eau : 100%

pH : 10,7

Classe B-2: Liquide inflammable

Classe D-1B: Substance ayant

des effets toxiques immédiats et graves

Liquide de refroidissement

Composition : éthylène-glycol

Liquide

pH : 8

Densité relative : 1,03

Hydrosolubilité : 100%

Soluble dans : éthanol, acétone,

acide acétique, glycérol, pyridine

Nocif par ingestion

en partenariat avec epicureweb.fr7

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Partie C : détermination du taux d"alcoolémie

Procès

-verbal des enquêteurs : Deux canettes de boissons alcoolisées étaient présentes dans le véhicule. Le conducteur affirme avoir consommé ces cannettes dans la matinée bien avant de prendre le volant. . Le conducteur a passé

à 23h45.

Le taux d"alcoolémie du conducteur était-il au moment de l"accident supérieur au taux maximum toléré ? C.1 Caractéristiques de l"éthanol (en vous aidant du document C1) C.1.1 Identifier et nommer le groupe caractéristique permettant de classer cette molécule dans la famille des alcools. C.1.2 Montrer que la masse molaire M de l"éthanol vaut 46 g.mol -1 C.2 Test alcoolémique (en vous aidant du document C2) Le

test alcoolémique a été réalisé à l"aide d"un éthylotest chimique dont le principe peut

être modélisé

par une équation d"oxydoréduction dans laquelle les ions Cr 2 O 72-
réagissent en présence d"éthanol, C 2 H 6 O. Cette réaction en milieu acide peut être modélisée par l"équation suivante : 2 Cr 2 O 72-
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